精密薄壁回轉(zhuǎn)體零件加工殘余應(yīng)力及變形的研究.pdf

1、隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，為了提高航空元器件的精度穩(wěn)定性、延長使用壽命、降低生產(chǎn)成本，對零件使用性能的要求越來越高。近年來，由于薄壁零件具有重量輕、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，在航空航天、精密儀器等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，由于薄壁零件結(jié)構(gòu)的特殊性，其剛度較低，在加工過程中受切削力、切削熱以及裝夾等因素的作用很容易發(fā)生變形，加工后零件的初始?xì)堄鄳?yīng)力和切削加工殘余應(yīng)力耦合產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力分布，這些因素都將影響零件使用性能和精度的長期穩(wěn)定

2、性。因此，本文在分析國內(nèi)外薄壁零件加工的基礎(chǔ)之上，以提高航空航天薄壁零件的質(zhì)量和使用性能為目的，通過理論分析、仿真模擬和科學(xué)試驗(yàn)等方法，對薄壁回轉(zhuǎn)體零件加工變形和殘余應(yīng)力進(jìn)行預(yù)測和控制。
　　本文通過對國內(nèi)外殘余應(yīng)力和薄壁零件加工變形研究現(xiàn)狀的分析，基于Johnson-Cook流動應(yīng)力模型，建立了考慮前刀面、刃口半徑和后刀面的三個區(qū)域影響的切削力的預(yù)測數(shù)學(xué)模型。該模型在切削過程中，引入了材料的應(yīng)變和應(yīng)變率，更符合切削過程大應(yīng)變，高

3、應(yīng)變率的情況。給出了Oxley常數(shù)的數(shù)學(xué)公式，該公式引入了切削參數(shù)和刀具參數(shù)。通過所建立的切削力預(yù)測數(shù)學(xué)模型，研究了刀具參數(shù)和切削參數(shù)對切削力的影響規(guī)律，并進(jìn)行了切削實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了切削力預(yù)測數(shù)學(xué)模型的正確性。
　　根據(jù)已經(jīng)建立的切削力公式，結(jié)合Jaeger提出的溫度模型和滾動/滑動接觸分析模型，建立了考慮剪切區(qū)，刃口半徑和后刀面磨損的三個區(qū)域影響的切削加工殘余應(yīng)力的預(yù)測數(shù)學(xué)模型。通過所建立的切削加工殘余應(yīng)力的預(yù)測數(shù)學(xué)模型，研究了刀具

4、參數(shù)和切削參數(shù)對切削加工殘余應(yīng)力的影響規(guī)律，并進(jìn)行了切削實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了殘余應(yīng)力預(yù)測數(shù)學(xué)模型的正確性。
　　根據(jù)彈塑性有限元理論，采用ABAQUS軟件建立了切削加工三維有限元模型，對切削過程中的切削力、切削熱和切削加工殘余應(yīng)力進(jìn)行有限元模擬，研究了刀具參數(shù)和切削參數(shù)對切削力、切削熱和切削加工殘余應(yīng)力的影響規(guī)律，同時還研究了不同加工工序?qū)堄鄳?yīng)力分布的影響。將有限元模擬得到的結(jié)果與預(yù)測數(shù)學(xué)模型和切削實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較，可以看出得到規(guī)律的

5、一致性。
　　在已有切削力模型、溫度模型和殘余應(yīng)力模型的基礎(chǔ)上建立了基于初始?xì)堄鄳?yīng)力、切削力和切削熱的薄壁零件加工變形的預(yù)測數(shù)學(xué)模型，對薄壁回轉(zhuǎn)體零件在加工過程中的加工變形進(jìn)行預(yù)測，采用ABAQUS軟件對薄壁回轉(zhuǎn)體的熱處理過程進(jìn)行有限元模擬，獲得零件的初始?xì)堄鄳?yīng)力的分布，并進(jìn)行了熱處理實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了有限元模擬的正確性。采用ABAQUS軟件的“生死單元”方法模擬了薄壁回轉(zhuǎn)體零件的加工變形，并與理論預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果一致。同時，還